Molekylær magnetisme pakker strøm med messenger -elektron

Elektroner kan være en overbevisende flok, eller i det mindste, en snakkesalig flok, ifølge nyt arbejde fra John Berrys laboratorium ved University of Wisconsin-Madison.

Spinnene af uparede elektroner er roden til permanent magnetisme, og efter 10 års design og re-design, Berrys laboratorium har lavet et molekyle, der får magnetisk styrke gennem en usædvanlig måde at kontrollere disse spins.

Berry siger, at den nye struktur, kandidatstuderende Jill Chipman skabte, kunne føre til et gennembrud inden for kvanteberegning, en tilgang med så stort potentiale, at den kunne underminere nutidens siliciumbaserede supercomputere meget som telefonen gjorde telegrafen:Et stort spring fremad, der begynder at glide til irrelevans.

Tilstedeværelse og aktivitet, eller "spin, "af uparrede elektroner sætter styrken på en permanent magnet, så molekyler med en høj grad af spin er et ønskeligt mål for kemikere. Det usædvanligt store spin i det nye magnetiske molekyle, Berry forklarer, er resultatet af en "messenger-elektron", der kører mellem en uparret elektron i hver ende af det stangformede molekyle og overtaler dem alle tre til at tage det samme spin.

Denne aftale om spin, "ortogonalitet" i jargonen, tilføjer styrke til en permanent magnet.

Bær, en UW-Madison professor i kemi, bemærker, at i andre materialer, en omrejsende elektron har en tendens til at modsætte sig spin af magnetiske centre, reducere den magnetiske styrke. I Chipmans nye skabelse, imidlertid, messenger -elektronen er fokuseret på harmoni:som en omrejsende socialrådgiver, det får de to fjerntliggende uparrede elektroner til at tage det samme spin, tilføjer styrke og/eller holdbarhed.

Det nye molekyle, beskrevet i Chemistry - A European Journal , indeholder kulstof, nikkel, chlor, nitrogen, og molybdæn, men mangler de dyre sjældne jordartselementer, der har svigtet bestræbelserne på at kommercialisere superstærke nye magneter. Dens struktur antyder, at molekylet kunne formes til en polymer - en gentagende kæde af enheder som dem, der findes i plast - hvilket øger muligheden for billigere, stærkere magneter.

"Vi forsøgte at fjerne elektroner fra dette molekyle for 10 år siden, så det havde en uparret elektron i hver ende, men nåede ikke langt, "Berry siger." Vi har siden lært, at dette lavede et kemikalie, der virkelig er temperaturfølsomt, så Jill måtte udvikle en lavtemperaturproces, der er afhængig af tøris for at afkøle den til -78 grader C. "

Den "omrejsende socialrådgiver" elektron etablerer "et designprincip, der kunne bruges til at skabe mange nye magnetiske molekyler, der opfører sig som små stangmagneter, "Siger Berry.

Opdagelsen blev også muliggjort ved ankomsten sidste sommer et instrument kaldet et SQUID magnetometer (Superconducting QUantum Interference Device), der kan måle magnetisme med stor nøjagtighed ned til under 2 grader over det absolutte nul.

Meget af fokus for magnetinnovation vedrører større styrke, Berry siger, "men der er alle mulige ting, folk leder efter. Vi har brug for både permanente magneter og dem med flygtig magnetisering af forskellige tekniske årsager. Magneter er udbredt i ultrakold køling, motorer, computerharddiske og elektroniske kredsløb. "

Ved at gå det næste trin, og miniaturiserende magneter til et enkelt molekyle, der kunne muliggøre kvanteberegning, Siger Berry. Quantum computing kan være særligt gavnligt for kemikere, der konfronterer svimlende kompleksitet i forsøget på at modellere de kemiske reaktioner, der er deres brød og smør.